[发明专利]一种垂直型高压功率器件高效终端结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压功率器件，具体涉及一种垂直型高压功率器件高效终端结构及其制作方法。

背景技术

功率半导体芯片(如IGBT、MOSFET、MCT等)由有源区和终端区组成，有源区为芯片的主要通流区域，为降低半导体芯片表面电场而设计的耐压结构终端区环绕在有源区外围。有源区和终端区间的过渡区域，环绕芯片的一周为栅汇流条，用来将栅PAD信号均匀传送到每个元胞处。

以目前常见的IGBT为例，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)器件的结构与MOSFET(metallic oxide semiconductor field effecttransistor金属氧化物半导体场效应晶体管)的结构十分相似，两者的主要差异是IGBT用P+基片取代了MOSFET的N+缓冲层，P+和N-区之间创建了一个PN结。共有三个极：栅极G、发射极E和集电极C。IGBT器件是电压全控型器件，除了具有低功耗、高频率、高电压、大电流等优点外，其需要的驱动电路与控制电路简单，驱动功耗低，被人们视为电力电子技术第三次革命的代表性产品，是电能智能化管理和节能减排的核心器件。

随着经济的持续高速发展，能源危机日趋严重，供需之间存在的矛盾日益凸显，发展节能产业与新能源产业势在必行。在节能方面电力电子器件扮演着重要的角色，既是机械自动化、控制智能化的关键部件，也是节约电能的半导体器件。因此，大力发展电力电子器件的设计制造以及模块的开发和应用是节约电能的重要措施。作为电力电子器件代表的IGBT是提高整机系统性能指标和节能指标的首选产品。

终端结构的设计是半导体器件的关键技术之一，与器件的击穿电压、通态压降等参数密切相关。芯片面积增大到一定程度时，芯片内部出现缺陷的概率明显升高，芯片成品率随之大幅下降，因此芯片面积受材料缺陷限制。芯片面积一定的情况下，终端效率越高，面积越小，有源区的通流面积则越大，通态压降越低。同时，器件耐压等级越高，终端尺寸越大，所以高压器件终端的效率直接影响芯片的通态压降，设计高效终端结对高压器件的开发至关重要。

终端技术是降低表面电场、提高终端耐压的直接方法。当器件耐压等级提高时，终端面积呈指数上涨，芯片有源区面积大大减小，高压芯片的通流能力受到极大限制；同时，高压终端结构的中场板与衬底之间较厚的隔离绝缘层可以降低终端场环数量，有效提高终端效率，但是随之产生的薄膜应力会导致衬底翘曲，影响光刻工艺等步骤；场板边缘刻蚀形成的不规则边缘也极易发生尖端放电。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，以IGBT为例，提出了高压功率半导体器件的高效终端结构，具有效率高、隔离绝缘层应力小、稳定性好、易加工的特点。

为了达到上述目的，本发明提供了下述技术方案：

一种垂直型高压功率器件高效终端结构，包括：

衬底101和衬底101的上表面设置的终端掺杂区106与107和隔离绝缘层102，

隔离绝缘层102上设置的终端一级场板109和终端二级场板110；

终端掺杂区106上设有分别与终端一级场板109和终端二级场板110电连接的电连接层108；

终端一级场板109和终端二级场板110上分别设有钝化层103；

衬底101的下表面设有背面掺杂区104；背面掺杂区104下设置有电极105，电极105与背面掺杂区104欧姆接触；

第一类型场板111，设有终端一级场板109，位于有源区区域；

第一类型场板111的一侧依次设有含终端一级场板109和终端二级场板110的第二类型场板112，以及含终端二级场板110的第三类型场板113。

一种垂直型高压功率器件高效终端结构的第一优选方案，

衬底101为n型，掺杂区104和106为p型，掺杂区107为n型。

一种垂直型高压功率器件高效终端结构的第二优选方案，

衬底101为p型，掺杂区104和106为n型，掺杂区107为p型。

一种垂直型高压功率器件高效终端结构的第三优选方案，

掺杂区106的深度为1～30微米，浓度为10E12～10E18cm^-3，宽度为3～30微米；第一类型场板111、第二类型场板112和第三类型场板113中的掺杂区106由同一步工艺完成。

一种垂直型高压功率器件高效终端结构的第四优选方案，